Mოგულ 
100%.....................................................
* * *
Пребывание в тупике кончилось: физика частиц переживает новый ренессанс. Молодое поколение физиков приходит к радикальнейшим идеям насчет устройства Вселенной. Одни отыскивают следы дополнительных измерений. Другие перебрасывают мостики между островками теорий, казавшимися очень далекими друг от друга. Третьи заняты поисками блоков пространства и времени. Самое поразительное, что и тем, и другим, и третьим удается найти подтверждение своим идеям в экспериментах. Наивысших своих успехов физика частиц достигла лет 30 назад, когда была создана теория, получившая название стандартной модели. По этой теории, материя состоит из частиц двух типов: из легких - лептонов, к которым относят электроны и нейтрино, и из кварков. Управляют этими кирпичиками мироздания три силы: электромагнетизм, сильное и слабое взаимодействие. Сами эти силы, в свою очередь, состоят из частиц-квантов. Частица света фотон, например, служит носителем электромагнетизма.
Существует еще и четвертая сила - гравитация. Но ее описывает не стандартная модель, а общая теория относительности. Не раз физики пытались связать воедино все четыре силы, но из этого ничего не вышло. Три-то силы связать вместе удалось с превеликим трудом. Особенно долго сопротивлялось этому сильное взаимодействие. Но когда все утряслось, и три силы прочно вписались в стандартную модель, оказалось, что она не в силах объяснить множество вещей. Почему, например, у сотен различных частиц такое разнообразие масс? Почему в природе существуют 4 силы, а не 5 и не 10 и не 20? И так далее. Физики чувствовали, что стандартная модель - это всего лишь веха на пути к совершенству, к теории, которая могла бы объяснить все. Но все попытки пойти дальше натыкались на непреодолимые препятствия. Физиков охватило разочарование и даже уныние, особенно, в 1993-м году, когда правительство США решило в целях экономии прекратить строительство гигантского сверхпроводникового ускорителя частиц, на который физики возлагали столько надежд. Сегодня одна американская пищевая компания хлопочет, чтобы ей разрешили выращивать грибы в заброшенных тоннелях.
В январском номере за этот год посвященный компьютерной технике журнал "Wired", обычно хорошо отражающий научные и технические тенденции, причислил кварки к списку угасших идей ХХ века и отметил, что физика частиц еще никогда не была в таком упадке, как после краха со строительством ускорителя. "Следующему поколению физиков не остается ничего другого, кроме переключения на компьютерную науку, - предсказывал Брюс Стерлинг - автор научно-фантастических романов и составитель списка в журнале "Wired". - В конце столетия, - продолжал он, - по своей бесперспективности физика частиц может сравниться разве что с теорией ракетостроения. Все, что можно было сказать в этих областях, уже сказано".
Не знаем, как насчет науки о ракетах, но приговор, произнесенный физике частиц, напоминает новогоднюю речь, которую произнес в канун ХХ столетия английский физик лорд Кельвин. Он сказал, что здание физики (всей физики!) в основном построено, и на ясном горизонте осталось только два маленьких облачка. Ни лорд Кельвин, ни его коллеги по Лондонскому королевскому обществу, где он произнес эту речь, не догадывались, что из этих двух облачков вырастут теория относительности и квантовая механика.
Обе эти теории связаны с отказом от традиционного, классического хода научной мысли. Такой же отказ потребовался и от физики частиц. Можно было разделить кварки на три типа - красные, зеленые и синие. Можно было приписать им более абстрактное свойство, назвав его техниколор. Или возложить все надежды на суперсимметрию, допускавшую наличие зеркального мира частиц и назвать эти частицы "Cкварками", "Cнейтрино", "Cфотонами". Но все эти идеи никуда не привели - никаких "Cкварков" не обнаружилось, и ни одна из загадок Вселенной, накопившихся со времен создания стандартной модели, не была решена. Традиционный классический путь был исчерпан.
Но кое-что все-таки маячило на горизонте, и на классику было не похоже. Это была "теория струн" или "суперструн". Но она сама никак не могла вырваться из собственного тупика, отчего в нее мало кто верил. Не имея никакого экспериментального подтверждения она воспринималось скептиками как схоластическая игра ума, или, пользуясь выражением германского литературного классика Германа Гессе, как "игра в бисер".
Родилась "теория струн" в ходе попыток подчинить силовое взаимодействие квантовой теории. Расчеты показывали, что ниже уровня лептонов и кварков могут лежать некие вибрирующие сгустки, представляющие собой крохотные петли или замкнутые струны. Колебания этих струн и лежат в основе всего во Вселенной. Но чтобы в расчетах все сошлось и теория, как говорят ученые, могла работать, нужно было допустить, что в мире существуют не 4 измерения - длина, ширина, высота и время, а 10. Но где же они? Как их себе представить? Представить, конечно трудно - соглашались теоретики, но есть немало вещей, недоступных для нашего восприятия. Например, бесконечность. Или то, что было до Большого взрыва, из которого родилась наша Вселенная. Представим себе, что 6 дополнительных измерений просто не успели развернуться в миг рождения Вселенной и находятся в свернутом состоянии.
Долгие годы "струнники" сражались с лишними измерениями, число которых не остановилось на 10 и дошло до 26. Иначе не сходились концы с концами. Потом все-таки удалось вернуться к 10. Но тут новая напасть: оказалось, что можно создать бесконечное количество струнных теорий с 10 измерениями. Преодолели с трудом и это, доказав, что таких теорий может быть только пять, но ведь и пять - чересчур. К счастью, все пять оказались разными взглядами на одну и ту же проблему: теперь можно было идти дальше. Но куда? В каком направлении?
Направление указал 29-ти летний аргентинский теоретик Хуан Малдасена. В своей статье в 1997-м году, которая произвела среди "струнников" настоящую сенсацию, Малдасена открыл неожиданные связи между "теорией струн" и стандартной моделью. Два различных теоретических мира, каждый со своим особым языком, могут, как стало очевидно, образовать единый мир, с одним языком и одной истиной. Малдасена стал героем дня на конференции по струнам, проходившей в 1998-м году в Санта-Барбаре в Калифорнии. Двести ее участников провозгласили революцию в физике частиц, ознаменованную новыми открытиями. Самое главное из них - вариант "теории струн", предложенный Малдасена. В нем гравитация присутствует с полным правом. А это значит, что "теория всего", объединяющая четыре силы природы, не за горами.
Но как доказать существование дополнительных измерений? Тогда же, в 1998-м году, Нима Архани-Хамед, 25 летний физик из Стэнфордского университета, и его коллеги Гия Двали и Савас Димопулос, объявили, что, по меньшей мере, одно из этих измерений достаточно велико, чтобы к нему можно было подступиться. Картина, которую они рисуют такова: наш трехмерный остров-вселенная плавает внутри четвертого измерения, соизмеримого с макромиром. Частицы, из которых складывается вселенная, тяготеют к ее поверхности, отделяющей ее от прочего мира. Но гравитоны, гипотетические носители тяготения, просачиваются извне, благодаря чему мы и в состоянии исследовать скрывающиеся от нас измерения.
У Лайзы Рэндалл из Принстона и Рамана Сундрума из Стэнфорда - тоже молодых теоретиков, картина получается несколько иной. Вселенная окружена измерением высшего порядка, размеры которого бесконечны. Доказательства теоретики черпают теперь в данных, полученных на старых ускорителях. "Как видите, - говорит Аркани-Хамед, - физика частиц не превращается в философию, о чем многие толковали в 60-е годы. Она превращается в "теорию струн", пользующуюся традиционной экспериментальной базой".
Малдасена вдохновил целую плеяду молодых физиков. Еще два имени приобрели известность среди теоретиков: Шамит Кахру и Ева Силверстейн. Оба - питомцы Стэнфорда. Они убеждены, что расширение Вселенной поддерживается и направляется той загадочной энергией, которую принято описывать как космологическую постоянную. Физика частиц хорошо объясняет, как началось это расширение, но теперь она может объяснить, будет ли Вселенная расширяться еще быстрее или повергнет вспять.
Основная идея квантовой революции, состоявшейся в первой четверти ХХ столетия, заключалась в том, что энергия неоднородна и распространяется она порциями-квантами. "Но такие же порции или лучше сказать - блоки, могут быть и у пространства и времени", - полагает Фотини Маркопулу Каламара - 29-ти летняя исследовательница из Лондонского имперского колледжа. Вместе со своими коллегами из Англии и Америки она намерена пересмотреть теорию Эйнштейна, рассматривавшего пространство-время как однородное и геометрически протяженное и доказать, что оно состоит из отдельных блоков.
Маркопулу вспоминает, как после окончания университета она проводила лето, работая в Национальной физической лаборатории в Англии и ее научный руководитель не раз уговорило ее оставить мысль о физике частиц. "Эра ускорителей и великих экспериментов кончилась, - говорил он. - Это уже бесплодная земля. Идите лучше в биологию, у нее хоть есть будущее".
Этот эпизод напоминает нам еще об одном пророчестве, произнесенном еще в XIX веке. Когда учитель Макса Планка, Филипп фон Жолли, узнал о намерении своего ученика заняться теоретической физикой, он сказал ему: "Молодой человек, зачем вы хотите испортить ему жизнь? Ведь теоретическая физика в основном завершена и открывать в ней больше нечего". Планк не послушался его и открыл совершенно иное направление, по которому пошла физика XX столетия.
ОТВЕТ: Сначала общие впечатления. Статья довольно грамотная. Фактическая информация в ней изложена более-менее верно. Мне понравилось, что автор взялась рассказать об очень сложных вопросах современной физики - и сделала это неплохо. Единственно, отношение к настоящему и будущему физики элементарных частиц - субъективное мнение автора. Хочу заметить, что о многих из обсуждаемых в статье идей мы рассказывали в заметке "Трехмерен ли наш мир?".
В статье пишется: "Пребывание в тупике кончилось: физика частиц переживает новый ренессанс". Пребывания в тупике не было. И в 60-х, и в 70-х, и в 80-х, и в 90-х годах происходили открытия и строились теории. Может быть, эти открытия были не настолько фундаментальные, как те, что ожидаются в теории суперструн, но по крайней мере самими учеными ситуация не воспринималась как тупиковая.
В статье пишется: "Молодое поколение физиков приходит к радикальнейшим идеям насчет устройства Вселенной. Одни отыскивают следы дополнительных измерений. Другие перебрасывают мостики между островками теорий, казавшимися очень далекими друг от друга. Третьи заняты поисками блоков пространства и времени. Самое поразительное, что и тем, и другим, и третьим удается найти подтверждение своим идеям в экспериментах".
Последнее утверждение - опрометчиво. Ни первым, ни третим пока экспериментального подтверждения найти не удается. Это все - пока теории. Насчет "перебрасывания мостиков между островками теорий" - это верно, подтверждения этому есть (например, тесная связь астрофизики, физики частиц, физики конденсированного вещества).
Описание Стандартной Модели и нерешенных в ее рамках вопросов верное. Цитированные мнения какого-то обозревателя из компьютерного журнала совершенно не к месту. Это его личное мнение, мало относящееся к реальности.
В статье пишется: "Такой же отказ потребовался и от физики частиц. Можно было разделить кварки на три типа - красные, зеленые и синие. Можно было приписать им более абстрактное свойство, назвав его техниколор. Или возложить все надежды на суперсимметрию, допускавшую наличие зеркального мира частиц и назвать эти частицы "Cкварками", "Cнейтрино", "Cфотонами". Но все эти идеи никуда не привели - никаких "Cкварков" не обнаружилось, и ни одна из загадок Вселенной, накопившихся со времен создания стандартной модели, не была решена".
Это неверно. Скварки, фотино (а не сфотоны) и т.д. никто не закрыл, и, более того, их надеются открыть в ближайшие несколько лет. Вообще-то, суперсимметрия - один из ключевых ингредиентов теории суперструн, поэтому никто от нее не собирается отказываться.
Описание теории струн верное. Революция с теории суперструн наступила в 1995 году, когда было понято, что все 5 теорий - это разные проявления одной-единственной теории, так называемой М-теории. Именно с М-теорией физики сейчас связывают свои надежды на решение фундаментальных вопросов. В этом смысле, предположение Малдасены важное, но не ключевое. Гипотеза Нима Архани-Хамеда, Гия Двали и Савас Димопулоса описана в целом корректно, но в ней не раскрыта суть их идеи. А суть заключается не в том, чтобы ввести новые пространственные измерения, а в том, чтобы решить "проблему иерархии". См. подробнее нашу заметку "Трехмерен ли наш мир?". Надо сказать, что в первоначальной формулировке гипотеза Архани-Хамеда, Двали и Димопулоса уже противоречит экспериментальным данным.
Суть работ Рэндалл и Сундрума, а также Кахру и Силверстейн изложена верно. Работы Фотини Маркопулу Каламара мне неизвестны. Но судя по тому, что она собирается сделать, ей предстоит тяжелая работа.
* * *
dges egeti situaciaa
..........................
Q&A, სამყაროს შესახებ
